Na natureza, a notável eficiência com que alguns grupos de seres vivos se auto-organizam, formando sistemas capazes de resolver problemas coletivamente, inspirou esforços científicos para replicar esta capacidade de auto-organização em versões artificiais de tais sistemas. Foram feitos progressos significativos na compreensão de como tal comportamento coletivo auto-organizado emerge de mecanismos que asseguram a coesão, separação e alinhamento dos elementos. No entanto, o desenvolvimento de estratégias locais para controlar externamente estes sistemas auto-organizados permanece limitado. Para atender a essa necessidade, utilizamos ferramentas computacionais e analíticas para examinar vários aspectos estruturais e dinâmicos de estados coletivos auto-organizados. Nosso objetivo é formular novas estratégias de controle que possam transferir o comportamento coletivo desses sistemas para um estado desejado, intervindo apenas localmente em seus elementos. Para atingir esse objetivo, empregamos modelos matemáticos de sistemas auto-organizados em alta dimensão, considerando de forma abrangente as características dos elementos, incluindo inércia, relações de admissão e dissipação de energia, e interações. Neste contexto, a nossa estratégia de controle se destaca por aproveitar a resposta interna não-linear dos sistemas estudados, que dá origem a diversos fenômenos como multiestabilidade, bacias de atração com fronteiras fractais, criticalidades, dependência não-trivial às fases de oscilações e sensibilidade aos parâmetros do sistema. Todos esses fenômenos são valiosos para a controlabilidade, mas permanecem amplamente inexplorados para o controle de sistemas auto-organizados em geral. Portanto, as estratégias de controle aqui propostas introduzem novas perspectivas para regular o movimento coletivo de sistemas artificiais e até mesmo intervir em sistemas naturais. Além disso, embora desenvolvamos controle para sistemas coletivos no espaço de estados físico, nossas principais proposições também podem ser aplicáveis a intervenções locais em sistemas com espaços de estado alternativos. Por exemplo, esses princípios podem ser usados para intervir em espécies-chave de ecossistemas, estabilizando assim teias alimentares complexas, cadeias de abastecimento que são críticas para garantir crescimento urbano sustentável e vias químicas celulares específicas para prevenir a morte celular. (AU)

Os detectores gasosos de radiação sempre tiveram um papel importante na física nuclear, com destaques recentes para as Time-Projection Chambers (TPCs) presentes na grande maioria dos grandes experimentos de física de altas energias. Recentemente, os avanços alcançados com a introdução dos Multiplicadores Gasosos de Elétrons (GEMs) propiciaram vantagens técnicas que se refletem em melhor resolução e melhor estatística na contagem e identificação de partículas. Esses detectores são particularmente relevantes para estudos em física de altas energias, oferecendo boa resolução espacial, alta taxa de registros de eventos e resistência à radiação. O foco deste projeto é a exploração de técnicas avançadas de manufatura aditiva para prototipagem e desenvolvimento de GEMs com geometrias otimizados. Ao tirar vantagem da flexibilidade oferecida pelas técnicas de impressão 3D, pretendemos explorar diferentes geometrias que apresentem modificações localizadas da distribuição de campos elétricos de forma a se obter algum ganho de performance. Tem-se por objetivo principal, ganhos relacionados à dispersão rápida do refluxo de íons. O refluxo de íons é responsável por grande parte da limitação de TPCs baseadas em GEMs atualmente. As geometrias serão testadas através de modelagem computacional e depois validadas experimentalmente por meio de prototipagem rápida. O projeto envolve colaboração com o Additive Manufacturing Centre da University of Nottingham. (AU)

Conhecer o território é fundamental para entender todo o contexto de uma cidade como: os locais que precisam de investimento, como está a infraestrutura urbana e como o crescimento da cidade impacta no clima urbano. O mapeamento do município e o abastecimento contínuo dessas informações é essencial para consolidar uma gestão ainda mais eficiente. A modelagem urbana se baseia nessas informações para prever cenários e auxiliar a tomada de decisões. Desta forma, esta proposta visa contribuir para uma Política Pública em Execução (PEX), oferecendo conhecimento científico para a revisão do Plano Diretor Estratégico de São Caetano do Sul - 2016/2025, PDE-2016/2025 (Lei Nº 5.374, de 09 de dezembro de 2015), e contribuições para a sua próxima versão, tendo como Instituição Sede a Universidade Municipal de São Caetano do Sul e como Instituição Parceira e Prefeitura Municipal de São Caetano do Sul. Essa proposta tem o objetivo de desenvolver uma parametrização para modelagem urbana de simulação de cenários para o município de São Caetano do Sul, analisando-se os impactos do crescimento da cidade no clima urbano e nas demandas no sistema de infraestrutura de rede de água e esgoto, por meio de metodologia preditiva subsidiada por simulação computacional e uso de Sistema de Informação Geográfica (SIG). Desta forma, o público-alvo das políticas públicas é o próprio município de São Caetano do Sul, o qual se beneficiará das proposições sugeridas pelos resultados da avaliação e modelagem, considerando os avanços que esse método proporcionará para as atividades de gestão pública da Prefeitura Municipal de São Caetano. As características predominantes da contribuição científica desta proposta são: construção de uma base de dados, avaliação e modelagem. Espera-se como principais contribuições dessa proposta colaborativa: contribuir, principalmente, para dois objetivos do PDE (desenvolver condições para a implantação de sistemas parametrizados de modelagem urbana que simulem cenários desejados para o crescimento da cidade; e promover pesquisas e cenários urbanos desejados e prospectivos nas áreas de interesse urbanístico); contribuir para o processo de revisão do PDE; construir uma base de dados SIG; gerar relatórios técnicos do resultado da modelagem, de como a modelagem auxiliou no processo de revisão do PDE e das simulações; e desenvolver API (Interface de Programação de Aplicações) para incorporação de mapas contendo resultados da modelagem nos sistemas da Prefeitura e material de divulgação. Os resultados da pesquisa serão divulgados através de artigos em periódicos de alto fator de impacto e congressos nacionais e internacionais. (AU)

Neste projeto pretendemos investigar, utilizando uma abordagem multi-escala, as propriedades estruturais, eletrônicas e de transport de estruturas baseadas nos grafinos e grafidinos. As técnicas utilizadas incluem métodos de aprendizado de máquina, DFT, e dinâmica molecular(quântica e clássica).

Este projeto tem como objetivo principal o estudo teórico e o subsequente desenvolvimento de algoritmo em linguagem de programação Julia para o cálculo de forças acústicas exercidas sobre partículas esféricas isotrópicas e homogêneas por feixes de Bessel ultrassônicos. Para tanto, o cronograma consistirá de etapas de revisão bibliográfica e de estudos teóricos em ondas acústicas, equações de continuidade de massa e de Navier-Stokes para fluidos Newtonianos compressíveis e incompressíveis, supondo meios não viscosos, etapas de estudos teóricos em expansões de ondas acústicas (potenciais de velocidade) em ondas parciais esféricas e acerca de funções especiais de Bessel cilíndricas e esféricas e de funções associadas de Legendre, com cálculo de fatores de forma associados a feixes de Bessel e, finalmente, etapas de simulações e desenvolvimento de algoritmos para reconstrução de feixes de Bessel usando ondas parciais e o subsequente cálculo de forças acústicas com reprodução de gráficos e resultados disponíveis na literatura. Espera-se que o bolsista possa iniciar pesquisa acadêmico-científica de alto nível em área de interesse para o grupo de pesquisa em eletromagnetismo aplicado do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação (SEL) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), USP, com aplicações almejadas em displays volumétricos baseados em aprisionamento acústico de micropartículas, holografia acústica e em feixes ultrassônicos estruturados. Durante o período de vigência do projeto, há a expectativa de que haja colaboração e troca de informações entre o bolsista e o grupo de Julia do Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, podendo inclusive ser solicitada bolsa BEPE para período de estágio no exterior na referida universidade.

Durante os últimos anos, nosso grupo de pesquisa em química teórica (QuiTeo) tem feito diversos estudos relacionados a um Método Estocástico baseado na Urna de Ehrenfest (abreviado por MEUE) e que têm sido realizados com a finalidade de abordar problemas de cinética química. Esse método, desenvolvido inicialmente com interesse educacional, também é tema de pesquisa em simulações da cinética de diversas reações.Modelos para descrever as taxas de reação baseados em equações diferenciais ordinárias (EDO) ou parciais (EDP) são chamados modelos determinísticos e neste texto serão abreviados por MDED. Já o MEUE serve como alternativa complementar às resoluções dos MDED, e pode ter maior abrangência, pois permite controlar o comprimento de difusão das espécies, o tamanho da vizinhança (zona) de reação, assim como estimar as amplitudes das flutuações (controladas pelo número de partículas), que tem papel importante, principalmente em sistemas fora do equilíbrio, como será visto adiante. Com o MEUE, por exemplo, é possível avaliar o papel da difusão na taxa de reação de forma relativamente simples, tanto na implantação e execução, como na interpretação. Problema esse que, se fosse abordado via MDED, seria preciso considerar termos de difusão, compostos por derivadas espaciais de segunda ordem, ou seja, seria preciso utilizar EDP, cujas soluções analíticas (se existirem) ou numéricas são ainda mais complexas do que das EDOs.Vale destacar algumas características importantes desses dois métodos. A resolução de problemas da cinética química via MDED é numericamente mais eficiente (para descrever sistemas determinísticos) e necessita de menos recursos computacionais do que o MEUE. Já esse é mais intuitivo e pode descrever sistemas menores de forma mais realista, porém requer mais recursos computacionais, que aumentam conforme o número de partículas.Em situações simples, nas quais o mecanismo reacional é composto por etapas de primeira ordem combinadas, as EDOs apresentam solução analítica por serem lineares. Contudo, em muitas situações complexas em que o mecanismo reacional apresenta etapas de ordem igual ou maior que dois, ou termos cruzados, as EDOs resultantes são não lineares e geralmente não apresentam solução analítica, de modo que métodos numéricos de integração (como os métodos de Euler e Runge-Kutta) devem ser empregados nas aproximações das soluções. O MEUE também é uma técnica numérica, mas baseada em sorteios, conforme será apresentado.As primeiras aplicações do MEUE em nosso grupo foram para descrever reações de primeira ordem simples, consecutivas e paralelas, e de segunda-ordem homogêneas4, durante aulas de físico-química. Desde seu desenvolvimento, no qual foram realizadas as conexões com o determinístico, o grupo QuiTeo tem empregado esse método no estudo de sistemas (lineares e não lineares) fora do equilíbrio termodinâmico. Por exemplo, a aplicação do MEUE no estudo da quebra de simetria quiral e do sistema Lotka-Volterra mostra a importância do papel das flutuações estatísticas na descrição da dinâmica de cada espécie. No caso de quebra de simetria quiral, simulações utilizando o MEUE evidenciam que as flutuações podem induzir quebra de simetria a partir de uma mistura racêmica, diferentemente do que é observado em simulações com o MDED. Mais interessante ainda, o excesso enantiomérico inicial não define a configuração do estado assimétrico final. Em outras palavras, as flutuações podem favorecer a formação em excesso do enantiomêro que está em deficiência enantiomérica inicial8. Isso aponta que as flutuações tem um papel de gatilho para a quebra de simetria.Além disso, o MEUE tem permitido estudar a influência da vizinhança (zona de reação) e da difusão na velocidade das reações. Quando há restrição de vizinhança, a difusão é fundamental para manter a taxa de reação constante, efeito que pode ser implementado de modo relativamente simples com o método estocástico. (AU)

O pesquisador terá como principal responsabilidade implementar o processo de extração, transformação e carregamento de dados, utilizando ferramentas de big data. Desenvolver uma infraestrutura que garanta a segurança e qualidade dos dados através da implementação de funcionalidades de controle para monitoramento automatizado. Trabalhar em estreita colaboração com cientistas de dados e outros membros da equipe para entender os requisitos do projeto e garantir a disponibilidade dos dados necessários para treinamento e implementação de modelos computacionais. Colaborar na documentação de todos os fluxos de carregamento dos dados, possibilitando uma infraestrutura organizada para implementação de novas funcionalidades.

Diferentes materiais sintéticos e inorgânicos com propriedades luminescentes, incluindo os de CaSO4, têm sido utilizados para dosimetria das radiações ionizantes por meio das técnicas de termoluminescência (TL) e luminescência opticamente estimulada (OSL). Estudos de materiais baseados em CaSO4 mostram que, apesar de sua alta sensibilidade TL, o CaSO4:Mn apresenta limitações dosimétricas por possuir níveis de energia muito rasos dos centros de captura de portadores de cargas responsáveis pelo sinal luminescente. Porém, recentemente foi observado que esse composto apresenta características promissoras para dosimetria OSL. Na tentativa de superar essa limitação, tem sido proposta também a incorporação de novos elementos como co-dopantes do CaSO4. Elementos terras-raras não usuais, como o térbio (Tb) tornam o CaSO4 dopado promissor para ser aplicado como dosímetro TL/OSL. Este trabalho propõe a produção e caracterização estrutural, óptica e dosimétrica de compósitos de CaSO4 dopados com manganês e térbio com diferentes concentrações de dopantes, com a finalidade de utilizá-los como dosímetros TL/OSL alternativos aos difundidos no mercado. Os cristais serão produzidos por métodos convencionais, como evaporação lenta, sol-gel, precipitação e reação de estado sólido. As características dosimétricas do CaSO4:Mn,Tb como sensibilidade, linearidade, reprodutibilidade, dose mínima detectável, desvanecimento da resposta (fading) e os parâmetros cinéticos das curvas de emissão TL e de decaimento OSL serão avaliadas, de forma comparativa com as respectivas características dos dosímetros comercialmente empregados. Adicionalmente, serão realizados cálculos atomísticos dos materiais, utilizando o código computacional GULP, para compreender a localização dos íons dopantes na rede cristalina, os mecanismos de compensação de carga elétrica e a influência dos defeitos pontuais intrínsecos e extrínsecos nas propriedades ópticas desse material.

Com o objetivo de analisar o potencial de aplicação de superfícies texturizadas e diferentes materiais/recobrimentos superficiais para a melhoria do desempenho tribológico de mancais de deslizamento para turbinas eólicas, pretendemos desenvolver modelos multiescala para a simulação computacionalmente mais eficiente de contatos lubrificados texturizados. A eficiência computacional proporcionada por esses modelos se deve à desnecessidade de se considerar deterministicamente a geometria das microtexturas em toda a interface lubrificada. Os modelos desenvolvidos serão implementados em uma plataforma computacional para a simulação de mancais de deslizamento que será desenvolvida por outras frentes do grupo de pesquisa, o que permitirá a investigação de configurações promissoras de texturas para a melhoria da eficiência, durabilidade e integridade superficial dos mancais estudados. Posteriormente, serão realizadas simulações para avaliar a influência da sinergia entre efeitos térmicos, texturização de superfícies, uso de diferentes materiais/recobrimentos superficiais e reologia do lubrificante no desempenho tribológico desses mancais. Também é previsto pelo projeto um periódo de estágio de pesquisa no exterior por um ano para aperfeiçoar os modelos multiescala em desenvolvimento e conduzir simulações de mancais com recobrimentos superficiais texturizados para a determinação de padrões promissores de texturas. Os resultados desse trabalho serão divulgados em congressos e artigos científicos, e poderão contribuir para o desenvolvimento de novas tecnologias de mancais de deslizamento de alto desempenho, durabilidade e confiabilidade para aplicações em turbinas eólicas. (AU)

Os detectores gasosos de radiação sempre tiveram um papel importante na física nuclear, com destaques recentes para as Time-Projection Chambers (TPCs) presentes na grande maioria dos grandes experimentos de física de altas energias. Recentemente, os avanços alcançados com a introdução dos Multiplicadores Gasosos de Elétrons (GEMs) propiciaram vantagens técnicas que se refletem em melhor resolução e melhor estatística na contagem e identificação de partículas. Esses detectores são particularmente relevantes para estudos em física de altas energias, oferecendo boa resolução espacial, alta taxa de registros de eventos e resistência à radiação. O foco deste projeto é o desenvolvimento de simulações computacionais para estudar efeitos não lineares em detectores GEM, considerando acúmulo de carga, visando aprimorar a compreensão desses dispositivos e contribuir para melhorias em experimentos de grande escala, como a atualização da TPC do ALICE no LHC. O projeto inclui a busca por estratégias de mitigação dos efeitos não lineares e estudos de viabilidade de tais medidas.